劉 釗，楊詩湘，楊 剛，魚 磊

(西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

鄂爾多斯盆地西南部的W油田，構造特征簡單，是典型的低孔低滲油藏，主力產(chǎn)層為延長組油層［1］。延長組厚度大約 400 ～ 1 400 m，儲層縱橫向變化大，巖性致密，物性差［2，3］。W油田目前已處于開發(fā)的后期，儲層含水量大，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的難度不斷增加，隨著開發(fā)年限和儲層改造次數(shù)的增加，對儲層進行單一大規(guī)模的常規(guī)壓裂已經(jīng)不能滿足油田提高采收率的目標。因此，在 W油田46－48井，進行了轉向重復壓裂施工，取得了預期的效果。

1 轉向重復壓裂

低滲透油田由于儲層物性差，無良好的運移通道，往往在開發(fā)的初期就要進行儲層的壓裂改造，壓出一條高導流能力的人工裂縫［5］。此時裂縫的滲透率遠遠大于周圍巖石的滲透率，裂縫周圍一定范圍的油氣就會通過裂縫運移，從而提高油氣采收率。但是經(jīng)過一定時間的開采，由于地層壓力的降低以及其他一些因素的影響，如結蠟結垢堵塞原有裂縫，甚至原有裂縫閉合［5］，這時要對老裂縫進行再次改造。為了控水增油，充分發(fā)揮油井的生產(chǎn)潛能，對老裂縫采取常規(guī)的重復壓裂措施已經(jīng)產(chǎn)生不了多大效果。因此，有必要對油井進行轉向重復壓裂技術。

轉向重復壓裂新技術就是利用壓裂前置液攜帶化學暫堵劑進入裂縫，化學暫堵劑是懸浮在前置液中的微小顆粒，其強度大于地層破裂壓力，顆粒較大的先沉降形成橋堵，增大流動阻力，之后顆粒小的逐級沉降形成橋堵［6］，暫堵劑選擇性的堵住已有裂縫和射孔孔眼，然后采用定向射孔技術重新對地層進行壓裂，由于壓力差的原因，新的裂縫沿著不同于原有裂縫的方向起裂和延伸［7］。在施工壓裂結束后，暫堵劑會溶解在地層水中，不會對地層造成污染［8］。

實施堵老縫(永久堵、暫時堵)壓新縫重復壓裂技術，這是真正意義上的重復壓裂概念。我們應用的轉向壓裂技術就屬于這一范疇。其理想模型如下:

2 裂縫的形成與分布分析

利用壓裂液傳壓的原理，通過地面泵組及其輔助設備，以遠大于地層吸收能力的注入速度，向地層注入有一定粘度的壓裂液，使井筒壓力升高，當壓力升高到地層破裂壓力時，地層就會沿著垂直最小主應力軸的方向發(fā)生破裂，一般情況是形成對稱于井眼的裂縫。由于初次壓裂后，地層內(nèi)部均一性發(fā)生變化，導致地應力發(fā)生變化，但是轉向壓裂先向地層注入暫堵劑，基本可以使地層恢復均一壓力，普通重復壓裂技術沒有明顯破裂壓力點，所以它只是將老縫重新張開加人新的支撐劑，并未形成新的油氣滲流通道，效果較差;而轉向重復壓裂技術有明顯破裂壓力點且高于初次壓裂破裂壓力點，這說明實施過程中開啟了新的裂縫，而且措施增產(chǎn)效果明顯。對于井內(nèi)裂縫的起裂方位目前沒有明確的定論，但是普遍認為形成裂縫的條件與地應力及其分布，巖石的力學性質，壓裂液的性質及注入方式等密切相關。

圖1 重復壓裂裂縫方位隨時間變化俯視圖［4］

對于裂縫起裂方向、裂縫的延伸規(guī)律國內(nèi)外進行了大量的實驗研究。付永強等基于線彈性斷裂力學結合巖石的抗拉破壞準則，對構造應力場進行分類，展開了不同構造應力場下斜井和水平井壓裂施工中破裂壓力及裂縫起裂方向研究。目前國內(nèi)外學者幾乎一致認為，產(chǎn)層和隔層的水平地應力差是影響裂縫垂向延伸的主要因素，Cleary認為產(chǎn)層與隔層之間的地應力差、彈性模量差、斷裂韌性差、界面強度以及裂縫中壓裂液的壓力分布和壓裂液的流變性等都會對裂縫垂向延伸產(chǎn)生重要的影響［9］。羅天雨、趙金洲等，根據(jù)射孔孔眼處的實際受力狀態(tài)建立了套管射孔斜井的破裂壓力計算模型，同時建立了斜井裂縫的總轉向角度的計算公式，用于判斷裂縫的總的轉向程度。

一般情況下，地下巖石由于埋藏在地下深處，所以承受著很厚的上覆巖層的重量，而且又受到鄰近巖石的擠壓，地層中的巖石處于壓應力狀態(tài)，作用在地下巖石某單元體上的應力為垂向主應力 σz，及水平主應力 σx，σy。垂向主應力 σz即該深度以上覆蓋地層所形成的壓力，用以下公式計算:

式中:H為油層深度;г為上覆巖層平均相對密度。

埋藏在地下深處的巖石，具有彈性與脆性。油層在形成裂縫時，首先發(fā)生彈性變形，當超過彈性限度后，油層才開始發(fā)生脆性斷裂。如果巖石單元是均質的各向同性材料，當已知地層中各應力的大小，油層裂縫的形成即巖石破裂時，首先發(fā)生在垂直于巖石最小主應力軸的方向或油層最薄弱的地方［15］。

3 選井選層

水力壓裂是通過向地層注入液體，使地層破裂，形成高滲流通道，從而增大有效泄油面積。壓裂施工有效與否的關鍵因素之一就是選井選層的合理性，很多油田都還憑借經(jīng)驗選井選層，這對壓裂施工造成誤導，可能造成施工的失敗。因此，壓裂施工主要依據(jù)以下幾點進行合理的選井選層:

(1)壓裂層段應該具備一定的足夠的剩余可采儲量、地層壓力以及中低含水飽和度，這是壓裂取得良好效果的基礎［12，13］。

(2)地層系數(shù)不能太低。地層系數(shù)過低，即所謂的特低滲透層，此類儲層地層裂縫的導流能力低，壓裂后不能取得良好的效果:但是地層系數(shù)過高，即所謂的高滲透層，壓裂只能起到解堵的作用，因此選擇低滲透儲層進行壓裂最為合適。

(3)具有完整的注采井網(wǎng)，注水井對應的儲層壓裂效果好。

(4)應該選擇初次壓裂由于各種原因失敗的井，如早期發(fā)生端部脫砂、初次壓裂規(guī)模小、支撐劑破裂導致裂縫閉合、支撐劑分布不均等情況。

(5)井況良好的井，固井質量好，套管完好，強度具備要求的井優(yōu)先考慮［14］。

4 應用效果分析

4.1 W 油田46－48井的生產(chǎn)狀況

W油田46－48井于2005年9月開鉆，歷時一個多月完鉆，該井有一定的傾斜角度，井深2 006 m，人工井底1 990 m，套管深度2 001.18 m，完鉆目的層是長7油層，固井質量好，水泥返高448 m，套管出地高0.25 m。

該井于 2005年10月，爆燃壓裂投產(chǎn)延 10層，孔段:1 354～1 356/2m，初產(chǎn):12 m3/38%，2010年3月該井出明水，擠封延10換采長4+5，孔段:1 815～1 818/3 m。投產(chǎn)后產(chǎn)量為5.5 m3/25%。目前該井產(chǎn)出情況為0.3 m3/13%，決定應用裂縫方向控制劑暫堵老縫，重壓新縫，改善產(chǎn)液剖面，提高單井產(chǎn)能。

4.2 壓裂施工情況

表1 施工壓裂井段油層數(shù)據(jù)

在壓裂施工前置液前向底層中加入轉向控制劑，該劑是在地面在高溫高壓通過交聯(lián)反應以及物理法的勢能活化得到的顆粒型堵劑，是化學反應與物理勢能相互催化的復合體。在應用時，顆粒隨液體遵循流體向阻力最小方向流動的原則進入炮眼和原裂縫后，在壓力差下獲得勢能后繼續(xù)反應交聯(lián)，產(chǎn)生橋堵，可以形成40～80 Mpa的裂縫破裂壓力的壓差值，使后續(xù)工作液不能向原裂縫和高滲透帶進入，從而壓裂液進入高應力區(qū)產(chǎn)生新縫。產(chǎn)生橋堵的轉向劑雜施工完成后溶于底層水和壓裂液，不對原縫產(chǎn)生污染。

壓裂施工的方式:為使裂縫發(fā)生轉向或壓開新縫開啟新層，根據(jù)軟件計算，結合射開油層情況分析得知裂縫方向控制劑用量為30.0 kg。在壓裂前置液前泵入裂縫延伸控制劑暫堵老縫，使老縫停止延伸，轉向開啟新縫，同時在前置液中加入相滲控制劑，控制壓開新縫的縫高，改善產(chǎn)液剖面，大大提高單井產(chǎn)能。本次施工層位是 W46－48井長4+5層，射孔段為:1 815～1 818/3m，破壓:28.4 Mpa，工作壓力:11～18 Mpa，砂量為:12.0 m3，排量:0.8 ～ 1.0 m3/min，停泵壓力:7.2 Mpa，總液量為:50.7 m3。

4.3 效果分析

2010年3月投產(chǎn)采長4+5，孔段:1 815～1 818/3m。投產(chǎn)后產(chǎn)量為5.5/25%。截止到2012年 6月，該井產(chǎn)狀 0.3/13%，日產(chǎn)液僅有:0.2 t，2012年7月1日對 W46－48井實施轉向壓裂，壓裂后投產(chǎn)初期日產(chǎn)液為:16.4 m3，日產(chǎn)油:4.0 t，日增油:3.8 t，截止到 2012年 8月 25日該井日產(chǎn)液:2.2 m3，日產(chǎn)油:1.9 t，日增油:1.7 t，目前該井累計增油量為:98.8 t。

圖2 W46－48井實施轉向壓裂五十天的生產(chǎn)情況

5 結語

通過對w油田46－48井轉向壓裂技術的應用、施工參數(shù)和措施后產(chǎn)量跟蹤統(tǒng)計，可以得出以下結論:

(1)轉向壓裂技術中，轉向劑可以暫堵老縫，改變壓裂時的凈壓力，誘導新縫產(chǎn)生，從而使支撐劑在新縫中鋪置。

(2)在低滲油藏實施轉向重復壓裂是提高重復壓裂效果，改善低滲油藏開發(fā)效果的有效途徑。

(3)轉向壓裂技術是低滲透油藏注水受利益油區(qū)塊一種新型重復壓裂技術。

(4)對于W油田采油技術現(xiàn)狀，若采取先導試驗，單井增油量可增產(chǎn)1噸以上。

(5)轉向重復壓裂的主要目的是實施裂縫轉向，啟動新層，溝通新的未動用油區(qū)，從而達到增產(chǎn)的效果，該項技術不同于常規(guī)原段重復壓裂以增大規(guī)模為主要目標，因此可相對降低壓裂規(guī)模，這為降低壓裂成本提供新的思路。

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